三維PSI導板輔助單髁置換術治療膝骨性關節炎*

郭東輝 董軍 馬世強 郭彬芳 趙云超 邢寶瑞 周婷婷 李曉明

(1.河北省滄州中西醫結合醫院骨科,河北 滄州 061000；2.滄州市中心醫院新生兒科，河北 滄州 061000)

隨著人口日益老齡化，膝關節骨性關節炎成為困擾人們生活的一大難題。單髁關節置換術是膝關節階梯治療較為成功且成熟的一種手術，創傷小，恢復快，且保留原有的解剖結構，可明顯解決患肢疼痛，功能障礙等諸多問題。經過醫務工作者的不懈努力，三維(3D)打印現代醫學技術日益成熟[1-3]，術前可運用計算機技術使手術設計更精準化，確定脛骨、股骨截骨厚度及角度，確定假體大小及型號[4]。因此，本研究選取80例膝關節內側骨間室關節炎患者為研究對象，旨在探討3D打印PSI導板輔助單髁關節置換術(Unicompartmental Knee Arthroplasty，UKA)的臨床療效。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017年8月～2019年1月河北省滄州中西醫結合醫院關節科收治的80例膝關節內側骨間室關節炎患者為研究對象，按照隨機抽樣方法分為傳統(Conventional Intramedullary Cutting Guides，CON)組與三維(3D)打印個體化導板(Print Personalized Guide，PSI)組，每組40例。所有患者均由同一名手術醫師操作，采用假體均為第三代Oxford單髁膝關節組件系統(美國、邦美公司)。納入標準：①術前簽署醫院倫理委員會批準的知情同意書，給予X線等影像學檢查。②為初次膝關節骨性關節炎，經保守治療無效者。③為膝關節內側間室骨性關節炎。④MRI顯示前后交叉韌帶形態、張力、功能完好。排除標準：①基礎病未能得到控制。②膝關節既往有手術史、精神病史。③依從性較差。④屈曲攣縮、內外翻畸形>10°。

1.2 導板設計制作

1.2.1 獲取CT數據 采用Philips/Ingenuity CT進行患肢軸向容積掃描，掃描電壓120 KV，掃面矩陣768*768，掃描層厚1.5 mm。掃描范圍以膝關節為中心，上至股骨頭上方5 cm，下至踝穴下方5 cm，掃描后數據結果以Dicom格式數據文件存儲。

1.2.2 實體建模(下肢骨骼重建) 將患肢CT數據輸入到Mimics Research 19.0(比利時，Materialise公司)中，利用閾值分割，分別選取骨組織≥226 Hu進行實體建模，見圖1A～D。

圖1 實體建模

1.2.3 設計截骨導板 將重建好的數據轉入3-Matic Research 11.0(比利時，Materialise公司)中畫出力學、解剖軸，測量截骨位置、角度和截骨厚度，并設計截骨導板，見圖2。

圖2 截骨導板

1.2.4 打印模型 將導出的模型和導板等STL文件載入到JS-6000-H工業級3D打印機(上海黑焰醫療科技公司，中國)，利用光敏樹脂BFOR001材料(上海黑焰醫療科技公司，中國)通過逐層掃描，層層堆積最終得到需要的模型和導板，見圖3。

圖3 打印模型

1.3 手術方法 CON組：麻醉方式為腰麻，患者平臥于手術臺上，常規碘酒、酒精消毒，鋪無菌手術巾，膝關節屈曲100°，取髕旁內側直行切口，長約12 cm，逐層切開皮膚、皮下組織，沿髕骨內緣切開直達脛骨結節內側，顯露膝關節，切除部分脂肪墊，查看前后交叉韌帶連續性及股骨外側髁和外側脛骨平臺軟骨情況，可見股骨內側髁及內側脛骨平臺軟骨剝脫，軟骨下骨外露，切除髁間窩及內側髁部分骨贅，外推髕骨，插入股骨髓內導向器(美國邦美公司)，反復屈曲膝關節，確定膝關節運動方向，標記脛骨截骨方向。用勾匙測量大小，選擇相應勾匙，安裝脛骨截骨導向器(美國邦美公司)，調整力線，連接后固定脛骨截骨模塊，保護內側副韌帶，根據標記線進行垂直面和水平面截骨，去除脛骨截骨骨塊，用6 mm測試器插入截骨處，如果進出順暢，表示脛骨截骨厚度滿意。股骨截骨包括股骨后髁截骨和股骨遠端研磨截骨，連接桿連接髓內定位桿和股骨鉆孔向導，在股骨內髁中心相繼鉆兩個直徑 4 mm 和 6 mm 的孔，保證在股骨內髁中心，放入股骨后髁截骨向導，用窄鋸片對后髁截骨。插入0號研磨栓，用磨鉆對股骨遠端進行研磨。屈膝100°，插入塑料測厚器測量屈曲間隙。屈膝20°，用金屬測厚器測量伸直間隙。測量股骨遠端進一步研磨的厚度( 研磨量=屈曲間隙-伸直間隙) mm，即研磨栓型號，通過股骨遠端進一步研磨即可實現屈伸間隙平衡。安裝假體試模，選擇相應半月板墊塊，沖洗槍沖洗，攪拌骨水泥，安裝股骨和脛骨假體，生理鹽水沖洗，關節囊周圍注射雞尾酒，待骨水泥凝固后，檢查關節穩定性及活動性，最后逐層縫合傷口，無菌敷料包扎。

PSI組: 麻醉方式為腰麻，采用術前3D打印的個體化截骨板(PSI)進行股骨、脛骨截骨，見圖4～5。逐層切開皮膚及筋膜，緊貼脛骨內側骨質剝離軟組織，不要去除任何骨贅，否則導板安裝位置會出現困難，在脛骨內側根據骨性特征放置脛骨PSI導板，選擇最佳的貼合位置，并與模型進行對比，準確無誤后克氏針進行固定，行垂直和水平截骨，將截骨塊和導板截骨塊進行比對。股骨髁間窩和股骨內髁的骨贅同樣不能去除，股骨內髁負重區軟骨已經磨損，根據骨性特征放置股骨PSI導板，導板兩側卡在股骨髁間窩和股骨內髁的內側。克氏針固定股骨PSI導板后，依次用直徑4 mm和6 mm的鉆鉆孔。股骨PSI導板主要是確定假體在冠狀面和矢狀面的旋轉及力線方向，通過導板上兩個孔柱的方向確定股骨假體的位置。鉆孔后安裝股骨截骨模塊，后續股骨遠端的截骨的操作步驟和傳統UKA一致。

圖4 術中根據模型進行脛骨、股骨截骨

1.4 術后處理 術后4～6 h可下床行走，24 h內給予頭孢呋辛預防感染治療，非甾體藥物常規鎮痛，冰敷對癥治療。術后第1 d給予低分子肝素治療預防下肢深靜脈血栓。術后復查患側膝關節正側位X線片、雙下肢全長片和雙下肢深靜脈彩超檢查，定期進行隨訪。術后3個月記錄疼痛評分(VAS)、紐約特種外科醫院膝關節評分(HSS)、膝關節活動度(Rangeofmotion，ROM)以及髖膝踝角度(Hip-knee-ankle angle，HKA)變化。

圖5 術中截骨厚度、大小與術前設計一致

1.5 觀察指標及療效評定標準 記錄兩組手術時間、出血量、術后下地時間、住院時間、術后3個月VAS、HSS評分方法、ROM以及HKA變化。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 PSI組中,男性21例，女性19例；年齡50～68歲，平均(58.5±11.5)歲；左膝25例，右膝15例。CON組男性17例，女性23例；年齡55～72歲，平均(61.5±23.6)歲；左膝14例，右膝26例。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)。

2.2 兩組手術、住院、術后下地時間及術中出血量比較 與CON組相比，PSI組手術時間及住院時間明顯減少(P<0.05)。而兩組術中出血量和術后下地時間相比，差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 兩組手術、住院及術后下地時間與術中出血量比較

2.3 兩組VAS、HSS評分及ROM比較 與術前同組相比，術后3個月兩組VAS評分、HSS評分及ROM有明顯改善(P<0.05)；但術后3個月時，兩組無明顯差異(P>0.05)，見表2。

表2 兩組術前與術后3個月VAS、HSS評分及ROM對比

2.4 兩組HKA比較 與同組術前相比，兩組術后3月HKA角有顯著增加；且術后3個月時，PSI組HKA角高于CON組(均P<0.05)，見表3。這提示CON組與PSI組的HKA均有改善，且PSI組更精準。

表3 兩組髖膝踝角度對比

3 討論

目前對于終末期骨性關節炎的患者主要的治療方式為TKA[5-7]。但SatKu[8]等認為其手術創傷大，恢復時間漫長，術后效果患者滿意度不高，且5%～20%為單純膝關節內側間室病變，不適合進行TKA。UKA成為治療單側病變間室首選的治療方式[9-11]，UKA僅僅置換單側病變脛股關節間室，截骨少，不損傷前后交叉韌帶，保留膝關節其他正常結構，創傷小，手術時間短，本體感覺良好，術后康復快[12]。但UKA技術學習曲線更長，要求對下肢力線精準率要求更高[13-14]，且翻修率高[15]，初次學者要有一定的手術經驗。

Kerens等[16-17]研究發現，通過術后CT掃描確定各組分在體內的位置，并與基于mri的數字三維成像計劃中的假體位置進行比較，認為PSI技術可靠且精準，術中假體位置與術前計劃高度一致，可精準地避免假體位置，尤其是脛骨部分旋轉位置發生角偏差，該步驟為UKA術中最為關鍵一步。Abtin[18]通過術中假體位置、術后X線評估及術前術后1年OKS評分對比PSI技術與傳統技術，其認為兩者術后臨床療效無明顯差異，雖然PSI術中股骨假體位置與術前計劃高度一致，但脛骨組件位置有待商榷，盡管該技術有精確的術前設計，僅供經驗豐富的外科醫生使用，但不適合于缺乏經驗的外科醫生。Pablo[19]等通過比較臨床和影像學結果、并發癥和假體結果來評估PSI的使用效果及UKA學習曲線，其認為缺乏經驗的外科醫生使用PSI，假體植入位置可以達到與傳統手術經驗豐富的外科醫生相似結果，術后2年假體生存率無明顯差異，可明顯縮短年輕醫生的學習曲線。 Seeber[20]等提出PSI技術有良好的術前計劃及精準假體安放位置，但是這項技術導致額外的成本，可能存在術前計劃的準確性不足導致手術時間延長。

傳統的UKA在操作時通常受到術者主觀因素及常規髓內外導向器干擾，容易導致術中截骨量、股骨及脛骨組件旋轉角度變化、假體大小選擇出現偏差[21-22]。PSI則可以避免上述偏差[23-24]，操作者可在術前將符合每一位患者患肢CT數據輸入到Mimics Research19.0中，利用閾值分割，分別選取骨組織≥226 Hu進行實體建模。畫出力線、解剖軸，測量截骨位置、角度和截骨厚度，并設計對應截骨導板，手術時，使用3D打印截骨導板進行精確截骨，可使下肢力線恢復準確，假體大小及位置更符合生理。本研究中，PSI組由于術前已計算好假體型號、假體的安放位置，根據導板進行截骨，減少了術中多次截骨、假體大小不匹配及植入位置不理想的可能性，減少了手術時間，避免因手術時間問題帶來的醫源性損傷。術后膝關節活動度變化差異，其原因可能與假體大小選擇有關，假體過大會對內側副韌帶造成激惹出現疼痛，膝關節活動有所減小。UKA的髓腔力線桿比較細，開髓點位置變化均會對力線造成偏差，PSI組髖膝踝角度恢復優于CON組，說明3D打印截骨導板UKA下肢力線更精準，更符合生理性解剖。雖然術后3個月VAS、HSS評分及膝關節活動度無明顯差異，但PSI導板可以縮短手術時間，減少患者的住院時間，下肢力線更精準，減少假體的磨損。但本研究隨訪時間短，病例少，需要增加病例數和長期隨訪，觀察患者的膝關節功能、假體的松動及墊片磨損情況。

4 結論

3D打印PSI導板引導下截骨效果與術前計劃高度一致，截骨角度和假體位置更精準，可減少手術和住院時間，且能獲得較好的短期臨床療效。